Java中的反射

反射

Java 是第一大编程语言和开发平台。它有助于企业降低成本、缩短开发周期、推动创新以及改善应用服务。如今全球有数百万开发人员运行着超过 51 亿个 Java 虚拟机， Java 仍是企业和开发人员的首选开发平台。

课程内容的介绍

1. 反射相关的概念

2. 反射的基本操作

一、反射相关的概念

1.什么是反射

反射即反向探知，有点像考古学家根据发掘的物品来探知以前的事情。

Java 中的反射指的是程序在运行状态中

1. 对于给定的一个类 (Class) 对象，可以获取到这个类 (Class) 对象的所有的属性和方法。

2. 对于给定的一个对象 (new XXXClassName<? extends Object>), 都能够调用它的任意一个属性和方法。

这种动态获取类的内容以及动态调用对象的方法和属性的机制，就叫做 Java 的反射机制。

Java反射的优缺点：

优点：

1. 增加程序的灵活性，避免将固有的逻辑程序写死在代码里面。

2. 代码简洁，可读性增强，可提高代码的复用率。

缺点：

1. 相较于直接调用在量大的情况下反射性能下降厉害。

2. 内部暴露和安全隐患。

2.Class的组成

一个 Class 实例包含的内容有哪些呢？

我们在程序运行的时候获取到 Class 类型，我们要根据 Class 类型来获取相关的内容。

二、Class的基本操作

1.怎么获取Class对象

package com.bobo.reflection;public class ReflectionDemo01 {/*** 获取Class对象的方式* @param args*/public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {// 获取Person对应的Class对象Class<Person> class1 = Person.class;System.out.println(class1);Class class2 = Class.forName("com.bobo.reflection.Person");System.out.println(class2);// 还可以通过 Person对象中的getClass方法获取Person p = new Person();Class<? extends Person> class3 = p.getClass();System.out.println(class3);// 系统提供的一些类型获取 Class对象Class<String> stringClass = String.class;Class<Integer> integerClass = int.class;Class<int[]> aClass = int[].class;System.out.println(stringClass);System.out.println(integerClass);System.out.println(aClass);Class<double[]> aClass1 = double[].class;System.out.println(aClass1);// 获取包装类对应的Class对象Class<Integer> integerClass1 = Integer.class;Class<Integer> type = Integer.TYPE;// 我要获取void 没有返回结果的 Class类型Class<Void> type1 = Void.TYPE;Class<Void> voidClass = Void.class;System.out.println(integerClass1);System.out.println(type);System.out.println(type1);System.out.println(voidClass);}
}

输出结果：

class com.bobo.reflection.Person
class com.bobo.reflection.Person
class com.bobo.reflection.Person
class java.lang.String
int
class [I
class [D
class java.lang.Integer
int
void
class java.lang.Void

2.Class对象中的常用方法

2.1 getName

获取当前类型的全类路径名称。

2.2 newInstance()

通过无参构造方法获取对应的实例对象，如果无参构造方法被覆盖的话，会抛出NoSuchMethodException: com.bobo.reflection.Student.() 异常。

2.3 getSuperclass()

获取当前类型的父类，如果没有显示的继承父类，那么返回的是 Object。

2.4 getInterfaces()

获取当前类型实现的所有的接口。

package com.bobo.reflection;import java.util.Arrays;public class ReflectionDemo02 {/*** 反射中的常用方法* @param args*/public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, InstantiationException {// 获取一个Student的类对象Class<Student> studentClass = Student.class;// getName()  完整包名+类名System.out.println(studentClass.getName());// 通过类型获取一个Student对象 newInstance() 调用的是无参的构造方法// 如果没有无参的构造方法那么会抛 NoSuchMethodException: com.bobo.reflection.Student.<init>() 异常Student student = studentClass.newInstance();System.out.println(student);// 获取当前类对象的父类对象Class<? super Student> superclass = studentClass.getSuperclass();System.out.println(superclass);System.out.println(superclass.getSuperclass());// 获取当前类型实现的接口Class<?>[] interfaces = studentClass.getInterfaces();System.out.println(Arrays.toString(interfaces));}
}

输出结果：

com.bobo.reflection.Student
static code .... 
com.bobo.reflection.Student@6d311334
class com.bobo.reflection.Person
class java.lang.Object
[interface com.bobo.reflection.InterfaceDemo01, interface com.bobo.reflection.InterfaceDemo02]

2.5 获取属性

Field getField(String name)
//返回一个 Field对象，它反映此表示的类或接口的指定公共成员字段 类对象。
Field[] getFields()
//返回包含一个数组 Field对象反射由此表示的类或接口的所有可访问的公共字段 类对象。
Field getDeclaredField(String name)
//返回一个 Field对象，它反映此表示的类或接口的指定已声明字段 类对象。
Field[] getDeclaredFields()
//返回的数组 Field对象反映此表示的类或接口声明的所有字段 类对象。

package com.bobo.reflection;import java.lang.reflect.Field;public class ReflectionDemo03 {/*** 反射获取 属性的方法* @param args*/public static void main(String[] args) {Class<Student> studentClass = Student.class;// 获取相关的属性方法 Class中的每一个属性会被封装会一个Field对象// getFields() 获取当前类型和父类中的所有的public权限的字段Field[] fields = studentClass.getFields();for(Field field:fields){System.out.println(field.getName());}System.out.println("---------");// getDeclaredFields() 表示的获取当前类中的所有的 属性，包括私有的Field[] declaredFields = studentClass.getDeclaredFields();for (Field field:declaredFields){System.out.println(field.getName());}}
}

针对属性的操作： Field 的操作

package com.bobo.reflection;import java.lang.reflect.Field;public class ReflectionDemo04 {/*** 反射获取 属性的方法* @param args*/public static void main(String[] args) throws Exception{Class<Student> studentClass = Student.class;// 获取Student对象Student student = studentClass.newInstance();student.gender = "男";// 通过类型获取gender属性Field gender = studentClass.getDeclaredField("gender");System.out.println(gender.getName());// 获取对应的访问权限修饰符 1表示 public 2表示 private 4 表示 protectedSystem.out.println(gender.getModifiers());// 获取或设置属性的信息System.out.println(gender.get(student));// 修改属性值gender.set(student,"女");System.out.println(gender.get(student));// 操作私有属性Field stuNum = studentClass.getDeclaredField("stuNum");// 在反射中是不允许直接操作私有属性的，如果一定要操作必须放开权限stuNum.setAccessible(true); // 允许对私有属性的操作System.out.println(stuNum.get(student));// 修改私有属性的信息stuNum.set(student,10001);System.out.println(stuNum.get(student));// 养成好的习惯，操作属性完成后，把权限关闭stuNum.setAccessible(false);}
}

输出结果：

gender
s1
id
---------
stuNum
schoolName
className
gender
s1

2.6 获取方法

Method getDeclaredMethod(String name, 类<?>... parameterTypes)
// 返回一个 方法对象，它反映此表示的类或接口的指定声明的方法 类对象。
Method[] getDeclaredMethods()
// 返回包含一个数组 方法对象反射的类或接口的所有声明的方法，通过此表示 类对象，包括公共，保护，默认（包）访问和私有方法，但不包括继承的方法。
Method getMethod(String name, 类<?>... parameterTypes)
//返回一个 方法对象，它反映此表示的类或接口的指定公共成员方法 类对象。
Method[] getMethods()
//返回包含一个数组 方法对象反射由此表示的类或接口的所有公共方法 类对象，包括那些由类或接口和那些从超类和超接口继承的声明。

案例代码

package com.bobo.reflection;import java.lang.reflect.Method;public class ReflectionDemo05 {/*** 反射 获取相关方法* @param args*/public static void main(String[] args) {// 获取Student的类对象Class<Student> studentClass = Student.class;// 获取相关的方法 getMethod获取当前类及父类中的所有的共有的方法Method[] methods = studentClass.getMethods();for (Method method :methods){System.out.println(method.getName());}System.out.println("----");// getDeclaredMethods 获取的是当前类中的所有的方法 包括 privateMethod[] declaredMethods = studentClass.getDeclaredMethods();for(Method method:declaredMethods){System.out.println(method);}}
}

Method 的操作

package com.bobo.reflection;import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Parameter;
import java.util.Arrays;public class ReflectionDemo06 {/*** Method对象* @param args*/public static void main(String[] args) throws Exception{Class<Student> studentClass = Student.class;//  获取特定的 方法 sayMethod say = studentClass.getDeclaredMethod("say", String.class);// 方法的调用  方法属性普通方法，那么我们要通过对象类调用Student student = new Student();// 第一个参数 要调用哪个对象的say方法  第二个参数 是一个参数列表  调用方法的实际参数Object obj = say.invoke(student,"bobo");System.out.println(obj);// 私有方法的调用Method eat = studentClass.getDeclaredMethod("eat");// 调用私有的方法，我们需要放开权限eat.setAccessible(true);Object obj1 = eat.invoke(student);System.out.println(obj1);// 调用完成后记得收回权限eat.setAccessible(false);// 获取方法的返回值类型System.out.println(say.getReturnType());System.out.println(eat.getReturnType());// 获取方法显示抛出的异常Class<?>[] exceptionTypes = say.getExceptionTypes();System.out.println(Arrays.toString(exceptionTypes));// 获取方法声明的参数Parameter[] parameters = say.getParameters();for (Parameter parameter : parameters){// Parameter封装的是 属性的对象System.out.println(parameter.getName()+ " " +parameter.getModifiers() + " " + parameter.toString() );}}
}

2.7 获取构造方法

Constructor<T> getConstructor(类<?>... parameterTypes)
返回一个 Constructor对象，该对象反映 Constructor对象表示的类的指定的公共 类函数。
Constructor<?>[] getConstructors()
返回包含一个数组 Constructor对象反射由此表示的类的所有公共构造 类对象。
Constructor<T> getDeclaredConstructor(类<?>... parameterTypes)
返回一个 Constructor对象，该对象反映 Constructor对象表示的类或接口的指定 类函数。
Constructor<?>[] getDeclaredConstructors()
返回一个反映 Constructor对象表示的类声明的所有 Constructor对象的数组 类 。

package com.bobo.reflection;import java.lang.reflect.Constructor;
import java.util.Arrays;public class ReflectionDemo07 {/*** 反射中的构造方法* @param args*/public static void main(String[] args) {Class<Student> studentClass = Student.class;// 获取对应的构造器 getConstructors 获取的是当前类中的所有的public构造器Constructor<?>[] constructors = studentClass.getConstructors();for(Constructor constructor:constructors){System.out.println(constructor.getName() + " " + Arrays.toString(constructor.getParameters()));}System.out.println("-----------------");// 获取当前类中的所有的 构造方法 包括private 修饰的Constructor<?>[] declaredConstructors = studentClass.getDeclaredConstructors();for(Constructor constructor:declaredConstructors) {System.out.println(constructor.getName()+ " " + Arrays.toString(constructor.getParameters()));}}
}

Constructor 操作

package com.bobo.reflection;import java.lang.reflect.Constructor;
import java.util.Arrays;public class ReflectionDemo08 {/*** 反射 构造器的操作* @param args*/public static void main(String[] args) throws Exception {Class<Student> studentClass = Student.class;// 一个构造器Constructor<Student> c = studentClass.getDeclaredConstructor(Integer.class);System.out.println(c.getName());System.out.println(c.getModifiers());System.out.println(c.getParameterCount());// 操作private修饰的构造方法 我们同样需要放开权限c.setAccessible(true);// 通过构造器创建实例对象Student s = c.newInstance(1009);// 操作完成后同样需要关闭权限c.setAccessible(false);System.out.println(s);// 获取构造方法显示抛出的异常Class<?>[] exceptionTypes = c.getExceptionTypes();System.out.println(Arrays.toString(exceptionTypes));}
}

2.8 静态属性和静态方法操作

package com.bobo.reflection;import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Arrays;public class ReflectionDemo09 {/*** 反射 静态属性和静态方法的调用* @param args*/public static void main(String[] args) throws Exception {Class<Student> studentClass = Student.class;// 静态属性的操作Field s1 = studentClass.getDeclaredField("s1");System.out.println(s1.get("s1"));s1.set(null,"hahaha");System.out.println(s1.get("s1"));// 静态方法的调用Method fun1 = studentClass.getDeclaredMethod("fun1");fun1.invoke(null);}
}

三、单例的漏洞

我们之前介绍过单例的使用，保证一个类只有一个实例存在，但是我们将了反射后发现，私有的构造器也能够被获取到，进而可以创建出很多个实例对象，这显然和我们的期望不一致。那么针对这个漏洞，我们应该怎么办呢？

Bug 还原

单例代码

package com.bobo.reflection;public class SingletonTest {// 声明一个静态的 单例属性private static SingletonTest instance;// 私有化构造器private SingletonTest(){System.out.println("构造方法执行了....");if(instance != null){throw new RuntimeException("实例已经创建了，不允许再创建了....");}}// 对外提供一个静态的共有的方法来获取单例对象public static SingletonTest getInstance(){if(instance == null){synchronized (SingletonTest.class){if(instance == null){instance = new SingletonTest();}}}return instance;}
}

测试代码

package com.bobo.reflection;import java.lang.reflect.Constructor;public class ReflectionDemo11 {/*** 反射 静态代码块的执行* @param args*/public static void main(String[] args) throws Exception {SingletonTest i1 = SingletonTest.getInstance();System.out.println(i1);SingletonTest i2 = SingletonTest.getInstance();System.out.println(i2);// 通过反射的方式来获取对象  获取私有的构造器Constructor<SingletonTest> c = SingletonTest.class.getDeclaredConstructor();c.setAccessible(true); //放开权限 破坏了单例的设计SingletonTest i3 = c.newInstance();SingletonTest i4 = c.newInstance();c.setAccessible(false);System.out.println(i3);System.out.println(i4);}
}

输出结果

com.bobo.reflection.SingletonTest@4554617c // 正常获取
com.bobo.reflection.SingletonTest@4554617c // 正常获取
com.bobo.reflection.SingletonTest@74a14482 // 反射获取
com.bobo.reflection.SingletonTest@1540e19d // 反射获取

我们发现造成这个 bug 的根本原因是 private 的构造方法多次执行了，那么我们就只需要在私有构造方法中添加逻辑即可。